Çimento üretiminde hammadde hazırlama
maden
Çimento üretiminde hammadde hazırlama
Hazırlayan: Sintek Mühendislik Hammadde Hazırlama Çimento üretiminde kullanılan ham madde (yaklaşık olarak %80 kalsiyum karbonat, kum ve demir cevheri) boyutu 25mm`den küçük olana kadar öğütülür. Bu bileşenlerin değişken yapısı nedeniyle, bunlar kullanılmadan önce harmanlanır. Kırıcıdan gelen hammadde stacker ile Pre-blending alanında depolanır. Diğer taraftan da İhtiyaç duyulduğunda Kazıyıcı vasıtasıyla harmanlanmış olan hammadde kullanım için farin silolarına sevk edilir.
Hammaddeler tartılı-besleyiciler yoluyla bunkerlerinden çıkarılır ve uygun bir inceliğe kadar öğütülmesi için öğütme değirmenine taşınmaktadır. Bu daha sonra bir harmanlama silosunda depolanmış ve homojenlik sağlamak için karıştırılır. Hammadde içindeki 4 bileşenlerin oranları sürekli şekilde numune alma ve test etme yoluyla kontrol edilir. Farinin kimyasal bileşimi, x-ışını floresans analiz sistemini kullanılarak belirlenir. Bu sistem bilgisayara bağlıdır ve otomatik olarak tartılı-besleyicileri ayarlanır. Böylece, homojene silolarında stoklanmış olan farin önceden ayarlanmış parametreleri karşılar. Karıştırma ve homojenize işleminden sonra malzeme üretiminin bir sonraki aşamasına sevk edilmek için hazır olur. Farin kontrolünde sık kullanılan parametreler; kireç doygunluk faktörü, silis modülü ve demir modülü ve Alümina oranıdır. Bu parametreler aslında klinker içinde arzu istene çeşitli kimyasal bileşenlerin oranlarını gösteren faktörlerdir.
Kireç Doygunluk Faktörü (LSF)
LSF, CaO’nun diğer üç ana oksitlere göre oranıdır ve Klinker’e göre şöyle hesaplanır:
LSF= CaO
2.8SiO2 + 1.2Al2O3 + 0.65Fe2O3
Çoğu zaman bu, bir yüzde olarak ifade edilir ve bu nedenle 100 ile çarpılır.
LSF klinkerde Belite göre Alit oranını kontrol eder. Yüksek LSF’si olan klinkerin Belite göre Alit oranı yüksek olacak.
Klinkerin tipik LSF değeri 0.92-0.98, veya 92%-98% civarındadır.
1.0’in üstünde olan LSF değeri, serbest kirecin klinker içinde mevcut olması ihtimalini gösterir. Yüksek LSF değerinin pişirme süresini uzattığını da unutmamak gerekir.
Silis Modülü (SR)
Silis modülü (Aynı zamanda silika modülü olarak da bilinir) aşağıdaki gibi tanımlanır:
SR = SiO2
Al2O3 + Fe2O3
Yüksek silika oranı, daha fazla kalsiyum silikatların ve daha az alüminat ve ferritin klinker içinde mevcut olduğu anlamına gelir. Tipik olarak SR 2.0 ve 3.0 arasında değişebilir.
Alümina Oranı (AM)
Alümina oranı bu şekilde tanımlanmaktadır:
AM= Al2O3
Fe2O3
Bu klinkerdeki alüminat ve ferrit fazlarının olası nispi oranlarını belirler. Normal Portland çimentosu klinkerinde, AM genellikle 1,8 ve 2,8 arasında değişebilir.
Kızdırma Kaybı
Kireçtaşı ısıtıldığında oluşan kalsinasyon=dekarbonizasyon tepkimesi sonucunda CO2dışarı çıkar,buna kızdırma kaybı denir. Bir anlamda kızdırma kaybı ham karışımdan ne kadar klinker üretilebileceğini gösterir.
CaO3 CaO + CO2 Kalsinasyon Tepkimesi
Kimyasal Hususlar
Ham madde fırın içinde pişip sonra klinker’e dönüşmesi kimyasal bir dönüşümdür. Ham madde (farin) klinkere mukavemet veren kalsiyum silikatları oluşturmak için birlikte reaksiyona girecek maddelerin karışımından oluşur. Bu etkili reaksiyonu elde etmek için bir dizi kuralların takip edilmesi gerekir:
•Fırın içindeki kimyasal reaksiyonlar, büyük ölçüde mineral partiküllerinin yüzeyinde gerçekleşir, bu nedenle; bu reaksiyonların hızlı bir şekilde ve düşük ısıda gerçekleşmesi için;
Hammadde karışımının, çok ince bir şekilde öğütülmüş olması gerekir.
•Reaksiyon gerçekleşmesi için, farklı katı mineral parçacıkları birbirine çok yakın mesafede olması gerekir. Ayrıca, karışımın bileşimi sadece mikroskopik ölçekte değil, aynı zamanda toplu halde de doğru olmalıdır.
Karışım iyice homojen hale getirilmelidir.
•Klinker özellikleri karışımdaki her bir mineral bileşeninin miktarına son derecede bağlıdır, böylece istikrarlı bir ürün yapmak için:
Karışım bileşimi sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir
İncelik Etkisi
Mineral silikatların oluşturulması için aşırı sıcaklıkta veya çok uzun bir süre boyunca farini yakmak zorunda kalmadan küçük parçacıkların olması şarttır. Bu şekilde, imalat ve enerji maliyeti en aza indirilir. Ancak farin içindeki farklı mineraller için farklı öğütme gereksinimleri de öngörülmelidir.
•Kalsiyum karbonat (kalsit) fırın içinde parçalanır ve kalsiyum oksit ve karbon dioksit elde edilir. Bu ayrışma ile kristal yapı açılarak daha reaktif hale gelir. Bu ayrışmayı uygun bir şekilde sağlamak için 150 mikrometreden daha küçük parçacıklar kullanılmalıdır. Daha büyük parçacıklar, çok sert şekilde pişmedikçe, klinkerde "serbest kireç" (tepkimeye girmemiş kalsiyum oksit) parçacıkları bırakır ve böylece daha az alit oluşumuna ve çimentonun bozukluğuna neden olur.
•Kaolinit (Si2Al2O5(OH)4) gibi kil mineralleri de orta derecede ısıtma (de-hidroksilasyon) ile ayrışır ve böylece daha reaktif hale. Ancak reaksiyona girmemiş olan partiküller karışımının geri kalanında aşırı kalsiyum oksit bırakarak ciddi şekilde etkili olur. Daha büyük parçacıklar (90 μm `den büyük olan parçacıklar), çok sert şekilde pişmedikçe, klinkerde küçük belit kristaller (tepkimeye girmemiş kalsiyum oksit) parçacıkları bırakır. Bu kristaller sıvı faz içerisinde yayılır ve belit ile serbest kirecin alit’e dönüşümlerine engel olur.
•Silisyum dioksit (Kuvars) çok ince olmadığı takdirde reaktif olmayan bir maddedir ve partiküllerin kolayca reaksiyona girmesi için en az 45 μm olması gerekir. Daha büyük parçacıklar belitin alit’e dönüşümü için serbest kirecin nüfuz edemeyeceği kadar yoğun kütleli belit oluşturur.
Homojenlik Etkisi
Farin fırın içinde pik sıcaklığına ulaştığı zaman, "klinker" üretilir. Bu süreç kısmi erimeden oluşur. Tipik olarak, kütlenin % 20-30 ‘u üretilen toplam sıvı miktarını oluşturur. Elde edilen sıvı bir çözücü olarak davranıp, üzerinden iyonlar katı parçacıklar arasında değiş tokuş edilebilir. Aynı zamanda, bu ortam serbest bir şekilde birleştirilmiş katı parçacıkları yüzey gerilimiyle çekme ve birbirine yakınlaştırma etkisine sahiptir. İstenen klinker minerallerin kolayca oluşumunu sağlamak için iyonların, sıvı içinde minimum bir mesafede dağılmaları gerekmektedir. Yani her alüminosilikat veya kuvars parçacığı yakınlığında kalsit parçacıkların gerekli sayıda olması önemlidir ve bu durum homojenliği yüksek derecede gerektirir. Genel olarak, bileşimin ve incelik için gereksinimlerin karşılanması ve bileşenlerin birlikte öğütülmesi durumunda, homojenlik doğal olarak elde edilir.
Bileşim Etkisi
Bileşenlerin kimyasal analizlerinin belirgin benzerliğe rağmen, onların mineralojik bileşimleri önemli ölçüde değişebilir. Farin bileşimindeki hatta küçük değişikliklerin çimento özellikleri üzerinde büyük bir etkisi vardır. Örneğin, silikat bileşimlerinin miktarı, alit ve belit miktarını artırarak veya azaltarak çimentonun mukavemet oranını etkileyebilir. Alit (Ca3SiO5), çimentonun "erken dayanımlı" ‘lığının neredeyse tümünü (<7 gün), belit (Ca2SiO4) ise, çok azını (>7 gün) sağlar. Çimento özelliklerini kontrol etmek için uyumlu kimyasal kontrol sistemine ve mükemmel harmanlama uygulamalarına dikkat etmek gereklidir.
Farin Kimyasal Kontrolü
İstenen miktarda alite içeren klinker üretmek amacıyla, doğru oranda olmasını sağlamak için farin bileşenlerinin (basit olarak, kireçtaşı ve kil) kimyasal kontrolü gereklidir. Bunun elde edilmesi için, Bir geri bildirim kontrol sistemi adeta her zaman kullanılır. Bu yolla farin değirmenin çıkışından örnek alınıp analiz ederek ve "ayar noktası" değeri sonucunun sapmasına bağlı olarak değirmen besleyicilerinin kapasitesinde bir değişiklik yapılır. Tesiste kullanılan sistemine göre değirmen beslemesinde değişiklik yapma stratejisi değişir, fakat amaç, hedef değerine yakın kimyasal niteliğini sağlamaktır.
